Лабары / LR_6

Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет

Кафедра комп'ютерних наук

Секція комп'ютеризованих систем управління

Звіт

до лабораторної роботи №6

з дисципліни «Локальні системи автоматики»

на тему: «Дослідження аналогової системи імпульсно - фазового управління (СІФУ)»

Варіант 6

Виконав:

студент гр. СУ-61

Самара В.Р.

Перевірив:

к.т.н., доцент Толбатов В. А.

Суми 2020

Тема: Дослідження аналогової системи імпульсно-фазового управління (СІФУ)

Мета роботи:

- Вивчення роботи системи імпульсно-фазового управління (СІФУ) однофазного мостового керованого випрямляча;

- Отримання навичок створення віртуальних пристроїв в пакеті Power System Blockset;

- Отримання навичок налагодження і розрахунку систем управління силових випрямних пристроїв.

Порядок виконання роботи

Керований випрямляч (УВ) - перетворює змінну, зазвичай синусоїдальну напругу U₁ частоту f₁ в постійне регулюючу напругу на виході (U_2ср=var, f₂=0).

Рисунок 1 - Функціональна схема керованого випрямляча

Розглянемо управління однофазним мостовим керованим випрямлячем (рис.2).

Рисунок 2 - Схема однофазного мостового керованого випрямляча

Однофазний мостовий керований випрямляч можна також зобразити у вигляді віртуальної моделі в пакеті MatLab за допомогою стандартних блоків бібліотек Simulink.

Принцип фазового управління полягає в тому, що шляхом зміни моменту (фази) відкриття відповідних тиристорів, змінюють середнє значення напруги на виході випрямляча. На рис.3 до джерела синусоїдальної напруги u підключене навантаження R = 5 Ом через тиристорний міст Т1-Т4. Діагональні тиристори Т1, Т4 і Т2, Т3 відкриваються попарно, почергово в момент часу, який визначається за допомогою системи імпульсно-фазового регулювання (СІФУ).

Рисунок 3 - Віртуальна модель однофазного мостового керованого випрямляча

Структурна схема СІФУ однофазного мостового керованого випрямляча наведена на рис.4.

Схема синхронізації СС синхронізує роботу СІФУ з мережею в залежності від напруги, що надходить синхронізації Uс, тобто коли на трансформаторі Тр (див. рис.2) з'являється позитивна полухвиля напруги, СС запускає канал СІФУ, що визначає кути управління імпульсів для пари тиристорів Т1-Т4, коли ж з'являється негативна полухвиля напруги, СС запускає канал СІФУ, що визначає кути управління імпульсів для пари тиристорів Т2-Т3.

Рисунок 4 - Структурна схема СІФУ однофазного мостового керованого випрямляча

Пристрій фазозміщення УФС визначає величину кута управління α в залежності від рівня подається ззовні керуючої напруги U_K.

Пристрій для формування імпульсів ФІ в залежності від кута управління α формує керуючі імпульси U_ФИ, що подаються на тиристори. У пакеті MatLab представлена схема СІФУ зі стандартних блоків бібліотек Simulink. Віртуальна модель СІФУ приведена на рис.5.

У віртуальній моделі СІФУ схема синхронізації СС складається з блоку-реле Sign, що реагує на знак вхідного сигналу, блоку порівняння Relational Operator і блоку Constant3.

Пристрій фазозміщення УФС складається з блоків Integrator1, 2, Gain1, 2 і Sum1, 2.

Пристрій для формування імпульсів ФМ складається з блоків порівняння Relational Operator1, 2 і блоку Constant4. Розглядання СІФУ однофазного мостового керованого випрямляча має два канали формування керуючих імпульсів. До складу першого каналу входять блоки Integrator1, Gain1, Sum1 і Relational Operator2, до складу другого - Integrator2, Gain2, Sum2 і Relational Operator3.

Імпульси, що формуються в першому каналі, подаються на пару тиристорів Т1, Т4, що формуються в другому - на тиристори Т2, Т3.

Рисунок 5 - Віртуальна модель СІФУ однофазного мостового керованого випрямляча

СІФУ працює наступним чином. Коли на вхід блоку-реле Sign подається позитивна полухвиля напруги живлення, блок утворює вихідний сигнал 1, який порівнюється з 0 в блоці Relational Operator1. Оскільки логічне відношення істинно (1> 0), то на виході блоку з'являється логічна 1, яка запускає роботу першого каналу формування керуючих імпульсів. При надходженні логічної одиниці на Integrator1, він починає інтегрувати вхідний сигнал до моменту зняття 1 з його входу, після чого вихідний сигнал інтегратора обнуляється. Інтегратор служить для формування пилкоподібної вихідної напруги U_ОП.

На суматор (Sum1) одночасно надходять 3 вхідних сигналу:

- Опорна напруга UІ, що формується інтегратором (канал 1);

- Керуюча напруга UK (канал 2), що задаються за допомогою блоку Constant1;

- Напруга зсуву U (канал 3), що задаються за допомогою блоків Constant2.

Якщо значення сигналу, що надходить з блоку Sum1, більше 0, то блок Relational Operator1 спрацьовує, і керуючі імпульси подаються на пару тиристорів Т1, Т4.

Коли на вхід блоку-реле Sign подається негативна полухвиля напруги живлення, блок утворює вихідний сигнал -1, який порівнюється з 0 в блоці Relational Operator1. Оскільки логічне відношення помилково (-1 <0), то на вихід блоку подається логічний 0. У блоці Logical Operator NOT подающийся 0 перетворюється в логічну 1, яка і запускає роботу другого каналу формування керуючих імпульсів. При надходженні логічної одиниці на Integrator2, він починає інтегрувати вхідний сигнал до моменту зняття 1 з його входу, після чого вихідний сигнал інтегратора обнуляється. Блоки Gain2, Sum2 і Relational Operator3 працюють аналогічно блокам Gain1, Sum1 і Relational Operator2 першого каналу. При цьому сформульовані в каналі керуючі імпульси подаються на пару тиристорів Т2, Т3.

Таким чином, в залежності від кута управління до навантаження підводиться напруга

u=Um sin (α+ωt). При α=0, що відповідає Uк =15, випрямлена напруга має максимальне значення, при α =180°, що відповідає Uк =0, випрямлена напруга рівна нулю.

На рис.6 наведені осцилограми імпульсів і випрямленої напруги для α=90°. Так як навантаження активне, крива струму повторює криву напруги (див. Рис.6). У момент часу ωt=180° струм зменшується до нуля і відповідна пара діагональних тиристорів закривається, замикаючою негативною напругою мережі. Цей процес повторюється кожен напівперіод.

Рисунок 6 - Графіки напруги на елементах однофазного мостового керованого випрямляча

Висновки: на даній лабораторній роботі вивчили роботу системи імпульсно-фазового управління (СІФУ) однофазного мостового керованого випрямляча; отримали навички створення віртуальних пристроїв в пакеті Power System Blockset; отримали навички налагодження і розрахунку систем управління силових випрямних пристроїв.

Контрольні питання

1. Яке призначення керованого випрямляча?

Призначений для керування різними електричними навантаженнями в системах, що мають нерегульоване джерело постійного струму

2. Які можуть бути керовані випрямлячі за принципом дії? За кількістю фаз живлячої напруги?

Силові схеми системи ТПЧ-Д(a- однофазна мостова нереверсивна, b-трифазна мостова нереверсивна, c- трифазна мостова реверсивна)

3. У чому полягає принцип фазового управління?

Процес імпульсного регулювання кола постійного струму зводиться до періодичного переривання струму в одній з гілок кола за допомогою ключа. В якості ключа використовуюються теристори.

4. Які завдання вирішує система імпульсно-фазового регулювання (СІФУ)?

5. З яких пристроїв складається структурна схема СІФУ однофазного мостового керованого випрямляча?

Трансформатора, 4х тиристорів і мотора.

6. Опишіть роботу схеми СІФУ.

Рисунок 7

Призначення функціональних елементів схеми наступне:

– пристрій синхронізації УС виробляє послідовність імпульсів певної частоти для синхронізації (тактирования) всіх функціональних елементів одноканальної системи управління

– фазосдвігающій пристрій ФСУ перетворює керуючий сигнал в імпульсний сигнал відповідної фази відносно опорних моментів (моментів синхронізації)

– розподільник імпульсів РІ виділяє імпульси із загальної їх послідовності на силові ключі перетворювача відповідно до алгоритму його роботи

– формувач імпульсів ФІ формує параметри вихідних імпульсів, що відповідають характеристикам силових ключів

– пристрій узгодження кутів УВУ здійснює погодження фазових положень імпульсів і фазосдвігающего пристрої щодо опорних моментів, а також обмеження граничних кутів

– вхідний пристрій ВУ виконує різні перетворення сигналу управління (наприклад, зусилля, обмеження діапазону регулювання, лінеаризація загальної передавальної характеристики перетворювача і т д)

7. Яким параметром визначається величина кута управління α?

Параметром заданим формувачем імпульсів ФИ рис. 7

8. Від чого залежить час появи імпульсів, що подаються на тиристори?

Залежить від пристрою синхронізації УС, який виробляє послідовність імпульсів певної частоти в часі.

9. Як позначаться на роботі випрямляча відмінності в коефіцієнтів підсилення інтеграторів?

10. Як позначаться на роботі випрямляча помилки в блоці синхронізації?

11. Як позначаться на роботі випрямляча помилки в релейному блоці?

12. Як позначаться на роботі випрямляча помилки в блоці сумматорів?

Якщо сталася помилка, то відповідно до її величини зменшиться або збільшиться перерегулювання по напрузі (струму).Через це можуть статися різні непередбачувані факти.

13. Як позначаться на роботі випрямляча неузгодження діапазону зміни управляючої напруги з лінійною ділянкою інтеграторів?

14. Зобразіть осцилограми струму і напруги при роботі випрямляча на активне навантаження (α = 900).

15. Зобразіть осцилограми струму і напруги при роботі випрямляча на активно-індуктивне навантаження (α=90⁰).